ترانسفورماتور (فرانسوی: Transformateur) یا ترانسفورماتور وسیله ای است که انرژی الکتریکی را بین دو یا چند چرخش از طریق القاء الکترومغناطیسی انتقال می دهد. به این ترتیب ، یک جریان متناوب در سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور ، یک میدان مغناطیسی متغیر را تولید می کند و منجر به ولتاژ در سیم پیچ ثانویه می شود.
برق را می توان بین دو سیم پیچ بدون اتصال فلزی بین دو مدار از طریق یک میدان مغناطیسی منتقل کرد. در سال 1831 قانون الهام بخش فارادی این تأثیر را شرح داد. ترانسفورماتورها برای افزایش یا کاهش ولتاژ AC در پروژه های برق استفاده می شوند.
ترانسفورماتورها از زمان اختراع اولین ترانسفورماتورها در ایستگاه ثابت در سال 1885 برای انتقال ، توزیع و استفاده از انرژی الکتریکی جریان متناوب استفاده شده اند. وزن آنها صدها تن است.
در معادله زیر بیان شده است که نسبت ولتاژ سیم پیچ اولیه (Vp) به ولتاژ سیم پیچ ثانویه (Vs) به طور مستقیم با نسبت بین تعداد چرخش سیم پیچ اصلی (Np) و تعداد چرخش سیم پیچ ثانویه (Ns) مرتبط است:
بنابراین با تغییر تعداد چرخش سیم پیچ ترانسفورماتور می توان ولتاژ در چرخش ثانویه ترانسفورماتور را تغییر داد. یکی از کاربردهای مهم ترانسفورماتورها ، کاهش جریان در خطوط انتقال برق است. دلیل استفاده از ترانسفورماتور در ابتدای خطوط این است که تمام رساناهای الکتریکی مقاومت الکتریکی دارند. این مقاومت می تواند باعث از بین رفتن انرژی در مسیر انتقال انرژی الکتریکی شود. میزان تلفات در هادی ارتباط مستقیمی با مربع جریان از طریق رسانا دارد ، بنابراین با کاهش جریان می توان آن را به شدت کاهش داد. با افزایش ولتاژ در خطوط انتقال ، نسبت جریان خط نیز تغییر می کند ، بنابراین هزینه های انتقال انرژی را کاهش می دهد. به استاندارد مصرف برسید. بنابراین ، منابع انرژی از راه دور بدون استفاده از ترانسفورماتور قابل استفاده نیست.
ترانسفورماتورها یکی از کارآمدترین تجهیزات برقی هستند. همانند برخی ترانسفورماتورهای بزرگ ، بازده به 99.75٪ می رسد. اکنون از ترانسفورماتورها در اندازه ها و قابلیت های مختلف استفاده شده است. از یک ترانسفورماتور کوچک که در یک میکروفون قرار گرفته است تا ترانسفورماتورهای عظیم چند GV. همه این ترانسفورماتورها اصول عملیاتی یکسانی دارند ، اما در طراحی و ساخت متفاوت هستند.
اصول اساسی ترانسفورماتورها
به طور کلی ، عملکرد ترانسفورماتور بر اساس دو اصل انجام می شود:
جریان متناوب می تواند یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد کند.
یک میدان مغناطیسی متغیر در یک سیم پیچ می تواند باعث ایجاد جریان متناوب در سیم پیچ دیگر شود.
ساده ترین طراحی برای ترانسفورماتور در شکل 2 نشان داده شده است. جریان سیم پیچ اصلی یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. سیم پیچ های اولیه و فرعی هر دو بر روی یک هسته با نفوذ پذیری مغناطیسی بالا (مانند آهن) زخم می شوند. نفوذپذیری مغناطیسی بالای هسته باعث می شود بیشتر میدان ایجاد شده توسط سیم پیچ اولیه از هسته عبور کرده و به سیم پیچ ثانویه برسد.
قانون استقراء
میزان ولتاژ ناشی از سیم پیچ ثانویه را می توان با قانون فارادی بدست آورد:
در فرمول بالا VS ولتاژ آنی است ، NS تعداد چرخش سیم پیچ در ثانیه است ، و Φ مجموع شار مغناطیسی است که از یک سیم پیچ عبور می کند. طبق این معادله ، تا زمانی که شار متغیر از هر دو چرخش اولیه و ثانویه عبور کند ، ولتاژ آنی اولیه یک ترانسفورماتور ایده آل از معادله زیر بدست می آید: و بسته به تعداد چرخش سیم پیچ های اولیه و فرعی و این معادله ساده ، می توان میزان ولتاژ القایی ثانویه را بدست آورد:
معادله قدرت
اگر سیم پیچ ثانویه یک بار به هم وصل شود ، یک جریان در سیم پیچ ثانویه جریان می یابد ، بنابراین انرژی الکتریکی را بین دو سیم پیچ منتقل می کند. اگر ترانسفورماتور ایده آل بدون ضرر کار کند و تمام نیرو وارد شده به ورودی برسد به خروجی و در نتیجه قدرت ورودی و خروجی برابر است ، در این حالت ما داریم:
بنابراین ، اگر ولتاژ ثانویه از جریان اصلی بیشتر باشد ، جریان ثانویه باید از جریان اصلی کوچکتر باشد. در حقیقت همانطور که گفته شد بیشتر ترانسفورماتورها راندمان بسیار بالایی دارند و بنابراین نتایج بدست آمده از این معادلات بسیار نزدیک به مقادیر واقعی خواهد بود.